11521

Входные фильтры

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 Тема: входные фильтры Цель работы: Разобраться в назначении и работе входных фильтров. Научиться отфильтровывать сигналы заданных частот. Теоретические сведения Согласованный фильтр. Прием радиосигнал

Русский

2013-04-08

62.5 KB

3 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Тема: входные фильтры

Цель работы: Разобраться в назначении и работе входных фильтров. Научиться

                        отфильтровывать сигналы заданных частот.

Теоретические сведения

 Согласованный фильтр. Прием радиосигналов всегда сопровождается помехами. При уровне помех, близком к максимальному значению сигнала, трудно обнаружить даже присутствие сигнала. Например, в радиолокации важной задачей является обнаружение на фоне помех импульсного сигнала, пришедшего от цели. На рис. 6.1, а показан импульсный сигнал, замаскированный непрерывной помехой.

 

Рис. 6.1

Указать правильное положение импульсного сигнала затруднительно, так как, во-первых, велика вероятность пересечения порога обнаружения помехой (так называемая ложная тревога), во-вторых, из-за сложения сигнала с помехой сигнал может оказаться ниже порога обнаружения (пропуск сигнала).

Возникает задача наилучшей (оптимальной) обработки смеси сигнала и помехи, при которой по возможности мало сказывалось бы влияние помех. Оценка влияния помех зависит от принятого критерия. Например, в рассматриваемом примере оптимальной фильтрацией обычно считают такую обработку, при которой вероятность ложных тревог фиксирована, а вероятность попуска сигнала минимальна.

Простейшая обработка заключается в линейной фильтрации смеси детерминированного сигнала и помехи, т.е. в пропускании этой смеси через фильтр с характеристикой передачи H(f). Изменяя эту характеристику, можно изменять соотношение между составляющими сигнала и помехи на выходе фильтра. На рис. 20.1,б показано выходное напряжение фильтра со специально подобранной характеристикой, на вход которого подается напряжение, соответствующее рис. 20.1,а. из рисунка видно, что для фильтрованного сигнала уменьшается вероятность ложной тревоги и пропуска сигнала по сравнению с нефильтрованным.

Смесь сигнала и помехи на выходе усилителя или приемника ту или иную фильтрацию уже прошла в антенных, входных и усилительных цепях приемника, имеющих конечную полосу пропускания. Поэтому вопрос о фильтрации заключается в выборе оптимальной формы амплитудно- и фазочастотной характеристик всего усилителя или приемника, а также оптимальной ширины его полосы пропускания. Для простоты нефильтрованным называют сигнал, который прошел цепи с полосой пропускания, много большей ширины спектра сигнала.

Если форма сигнала известна точно, то чаще всего в качестве критерия используют отношение пиковой мощности сигнала на выходе фильтра в некоторый момент времени к средней мощности шума на выходе фильтра. Фильтр, для которого это отношение максимально, называют оптимальным, или согласованным.

Для рассмотренного выше примера оптимальный в смысле минимума вероятности пропуска сигнала приемник состоит из согласованного фильтра и порогового устройства, если точно известны огибающая принимаемого импульса и фаза радиочастотного заполнения. Если последняя неизвестна, то между согласованным фильтром и пороговым устройством помещается еще детектор огибающей.

Во многих случаях основную фильтрацию осуществляют усилители промежуточной частоты. Следовательно вопрос об оптимальном фильтре есть вопрос об оптимальных амплитудно- и фазочастотных характеристиках усилителя промежуточной частоты.

Согласованный фильтр обеспечивает максимум отношения пиковой мощности сигнала к средней мощности шума. Это отношение зависит от энергии сигнала Е и спектральной плотности шума  и не зависит от формы сигнала.

Импульсная характеристика фильтра находится по следующей формуле:

,

где  - произвольная константа.

Импульсная характеристика согласованного фильтра совпадает по форме с принимаемым сигналом u(t), зеркально обращенным по времени относительно момента t=. На рис. 6.2 показаны для примера сигнал u(t) и импульсная характеристика согласованного фильтра h(t). 

Рис. 6.2                                                              Рис. 6.3

Согласованные фильтры являются составной частью оптимальных по тому или иному критерию приемников. На рис. 6.3 приведена структурная схема оптимального приемника для случая, когда ставиться задача обнаружения сигнала, форма которого известна с точностью до фазы радиочастотного заполнения (т.е. фаза неизвестна). Приемник состоит из согласованного фильтра, детектора огибающей и устройства сравнения с порогом, которое в момент времени  сравнивает напряжение на выходе детектора с пороговым напряжением.

Практически ситуация, когда временное положение и форма сигнала известны и нужно лишь определить факт наличия сигнала, встречается редко. Чаще приходится решать комбинированные задачи, когда неизвестно временное положение сигнала (иногда и его форма), а требуется определить факт наличия сигнала и его положение на временной оси. Однако и в этом случае согласованный фильтр может быть составной частью приемника.

Ход работы

  1.  Изучить работу фильтров на примере
  2.  В соответствии с вариантом построить фильтр с заданными параметрами.

Таблица 1

Варианты лабораторных заданий

Тип фильтра

1

2

3

Примечание: значения величин выдаются преподавателем на лабораторных работах.

Контрольные вопросы

  1.  Оптимальный фильтр.
  2.  Частотные предыскажения при передаче и приеме.
  3.  Виды фильтров.
  4.  Типы фильтров (НЧ, ВЧ)